風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類(lèi).doc

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1,風(fēng)力發(fā)電機(jī)按葉片分類(lèi)。 按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸的方向分類(lèi)可分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 （1） 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)：旋轉(zhuǎn)軸與葉片垂直，一般與地面平行，旋轉(zhuǎn)軸處于水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相對(duì)于垂直軸發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)；葉片旋轉(zhuǎn)空間大，轉(zhuǎn)速高。適合于大型風(fēng)力發(fā)電廠。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展歷史較長(zhǎng)，已經(jīng)完全達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率比垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組高。到目前為止，用于發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機(jī)都為水平軸，還沒(méi)有商業(yè)化的垂直軸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 （2） 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)：旋轉(zhuǎn)軸與葉片平行，一般與地面吹垂直，旋轉(zhuǎn)軸處于垂直的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相對(duì)于水平軸發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于；發(fā)電效率高，對(duì)風(fēng)的轉(zhuǎn)向沒(méi)有要求，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)空間小，抗風(fēng)能力強(qiáng)（可抗12-14級(jí)臺(tái)風(fēng)），啟動(dòng)風(fēng)速小維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單。 垂直軸與水平式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)比，有兩大優(yōu)勢(shì)：一、同等風(fēng)速條件下垂直軸發(fā)電效率比水平式的要高，特別是低風(fēng)速地區(qū)；二、在高風(fēng)速地區(qū)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)要比水平式的更加安全穩(wěn)定；另外，國(guó)內(nèi)外大量的案例證明，水平式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在城市地區(qū)經(jīng)常不轉(zhuǎn)動(dòng)，在北方、西北等高風(fēng)速地區(qū)又經(jīng)常容易出現(xiàn)風(fēng)機(jī)折斷、脫落等問(wèn)題，傷及路上行人與車(chē)輛等危險(xiǎn)事故。 按照槳葉數(shù)量分類(lèi)可分為“單葉片”﹑“雙葉片”﹑“三葉片”和“多葉片”型風(fēng)機(jī)。 凡屬軸流風(fēng)扇的葉片數(shù)目往往是奇數(shù)設(shè)計(jì)。 這是由于若采用偶數(shù)片形狀對(duì)稱(chēng)的扇葉，不易調(diào)整平衡。還很容易使系統(tǒng)發(fā)生共振，倘葉片材質(zhì)又無(wú)法抵抗振動(dòng)產(chǎn)生的疲勞，將會(huì)使葉片或心軸發(fā)生斷裂。 因此設(shè)計(jì)多為軸心不對(duì)稱(chēng)的奇數(shù)片扇葉設(shè)計(jì)。對(duì)于軸心不對(duì)稱(chēng)的奇數(shù)片扇葉，這一原則普遍應(yīng)用于大型風(fēng)機(jī)以及包括部分直升機(jī)螺旋槳在內(nèi)的各種扇葉設(shè)計(jì)中。包括家庭使用的電風(fēng)扇都是3個(gè)葉片的，葉片形狀是鳥(niǎo)翼型（設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)），這樣的葉片流量大，噪聲低，符合流體力學(xué)原理。所以絕大多數(shù)風(fēng)扇都是三片葉的。三片葉有較好的動(dòng)平衡，不易產(chǎn)生振蕩，減少軸承的磨損。降低維修成本。 按照風(fēng)機(jī)接受風(fēng)的方向分類(lèi)，則有“上風(fēng)向型”――葉輪正面迎著風(fēng)向和“下風(fēng)向型”――葉輪背順著風(fēng)向，兩種類(lèi)型。 上風(fēng)向風(fēng)機(jī)一般需要有某種調(diào)向裝置來(lái)保持葉輪迎風(fēng)。 而下風(fēng)向風(fēng)機(jī)則能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向, 從而免除了調(diào)向裝置。但對(duì)于下風(fēng)向風(fēng)機(jī), 由于一部分空氣通過(guò)塔架后再吹向葉輪, 這樣, 塔架就干擾了流過(guò)葉片的氣流而形成所謂塔影效應(yīng),使性能有所降低。 2,按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出容量可將風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為小型，中型，大型，兆瓦級(jí)系列。 （1）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為0.1~1kw的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 （2）中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為1~100kw的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 （3）大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為100~1000kw的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 （4） 兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指發(fā)電機(jī)容量為1000以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 3,按功率調(diào)節(jié)方式分類(lèi)?？煞譃槎鄷r(shí)速調(diào)節(jié)型，變槳距型，主動(dòng)失速型和獨(dú)立變槳型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 （1） 定槳距失速型風(fēng)機(jī)；槳葉于輪轂固定連接，槳葉的迎風(fēng)角度不隨風(fēng)速而變化。依靠槳葉的氣動(dòng)特性自動(dòng)失速，即當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)依靠葉片的失速特性保持輸入功率基本恒定。 （2） 變槳距調(diào)節(jié)：風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，保證葉片在最佳攻角狀態(tài)，以獲得最大風(fēng)能；當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速后，變槳系統(tǒng)減小葉片攻角，保證輸出功率在額定范圍內(nèi)。 （3） 主動(dòng)失速調(diào)節(jié)：風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速分幾級(jí)控制，控制精度低于變槳距控制；當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速后，變槳系統(tǒng)通過(guò)增加葉片攻角，使葉片“失速”，限制風(fēng)輪吸收功率增加 （4） 獨(dú)立變槳控制風(fēng)力機(jī)：由于葉片尺寸較大，每個(gè)葉片有十幾噸甚至幾十噸，葉片運(yùn)行在不同的位置，受力狀況也是不同的故葉片中立對(duì)風(fēng)輪力矩的影響也是不可忽略的。通過(guò)對(duì)三個(gè)葉片進(jìn)行獨(dú)立的控制，可以大大減小風(fēng)力機(jī)葉片負(fù)載的波動(dòng)及轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，進(jìn)而減小傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與齒輪箱的疲勞度，減小塔架的震動(dòng)，輸出功率基本恒定在額定功率附近。 4,按機(jī)械形式分類(lèi):按照風(fēng)機(jī)組機(jī)構(gòu)中是否包括齒輪箱，可分為有齒輪箱的風(fēng)力機(jī)，無(wú)齒輪的風(fēng)力機(jī)和混合驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力機(jī)。 （1） 帶齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)：由于葉尖速度的限制，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)速度一般較慢。風(fēng)輪直徑在100m以上時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速在15r/min或更低。為了使發(fā)電機(jī)的體積變小，就必須是發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速更高，這時(shí)就必須使用變速箱體搞轉(zhuǎn)速使得發(fā)動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速在1500/min或者3000/min這樣，發(fā)電機(jī)體積就可以設(shè)計(jì)的盡可能小。 （2） 無(wú)齒輪箱發(fā)電機(jī)：將葉輪和發(fā)電機(jī)直接連接在一起結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)成為無(wú)齒輪箱使風(fēng)力發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)由于沒(méi)有齒輪箱，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維護(hù)方便故無(wú)齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)將來(lái)有可能發(fā)展與海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用。 （3） 混合驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)：混合驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用一級(jí)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，齒輪箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單效率高。由于增加了點(diǎn)擊轉(zhuǎn)速點(diǎn)擊尺寸和重量比一般的直趨機(jī)組的電機(jī)尺寸小，重量也比較輕。所以這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有直趨風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)也有體積小，重量輕的有點(diǎn)，逐漸成為3GW以上的大型風(fēng)機(jī)組設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種趨勢(shì) 5,根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)類(lèi)型分類(lèi)，可分為異步型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和同步型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 （1） 異步發(fā)電機(jī)按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又可分為： (a) 籠型異步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為籠型。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、廉價(jià)、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機(jī)組中得到大量的使用； （b) 繞線(xiàn)式雙饋異步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為線(xiàn)繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時(shí)繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子也經(jīng)過(guò)變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無(wú)功功率。 （2） 同步發(fā)電機(jī)型按其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極的類(lèi)型又可分為： (a) 電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為線(xiàn)繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。 (b) 永磁同步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡(jiǎn)化了發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，因而具有多種優(yōu)勢(shì)。 6,主軸，齒輪箱和發(fā)電機(jī)相對(duì)位置可分為緊湊型和長(zhǎng)軸布置型。 （1） 緊湊型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪直接與齒輪箱低速軸相連，齒輪高速軸輸出端通過(guò)彈性聯(lián)軸節(jié)與發(fā)電機(jī)連接，發(fā)電機(jī)與齒輪箱外殼連接。這種結(jié)構(gòu)齒輪箱使專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，由于結(jié)構(gòu)緊湊，可以節(jié)省材料和相對(duì)的費(fèi)用。作用在風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)上的力都是通過(guò)齒輪箱外殼體傳遞到主框架上的。緊湊型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主軸與發(fā)電機(jī)軸在同一平面內(nèi)，在齒輪箱損壞是，需要將風(fēng)輪，齒輪箱，發(fā)電機(jī)一塊拆下來(lái)進(jìn)行修理，比較麻煩。 （2） 長(zhǎng)軸布置型風(fēng)力發(fā)電機(jī)：通過(guò)固定在機(jī)艙主框架的主軸，與齒輪箱低速軸連接。長(zhǎng)軸布置型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主軸是單獨(dú)的，有單獨(dú)的軸承支撐。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)輪沒(méi)有直接作用在齒輪箱的低速軸上，齒輪箱可以采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，減小齒輪箱低速軸收到的復(fù)雜力矩，降低了費(fèi)用，減少了齒輪箱受損的可能性。 7,按照發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及并網(wǎng)方式可以將發(fā)電機(jī)分為定速風(fēng)機(jī)和變速風(fēng)機(jī)。 （3） 定速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)：定速風(fēng)力機(jī)一般采用時(shí)速控制的槳葉控制方式，使用直接與電網(wǎng)相連的異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于風(fēng)能的隨機(jī)性，驅(qū)動(dòng)異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力機(jī)低于額定運(yùn)行的時(shí)間占全年運(yùn)行時(shí)間的60%~70%。為了充分利用低風(fēng)速的風(fēng)能，增加發(fā)電量，廣泛應(yīng)用雙速異步發(fā)電機(jī)，設(shè)計(jì)成4級(jí)和6級(jí)繞組。在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，雙速異步發(fā)電機(jī)的效率比氮素異步發(fā)電機(jī)搞，滑差損耗小，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速運(yùn)行時(shí)，不僅槳葉具備有較高的啟動(dòng)效率，發(fā)電機(jī)效率也能保持在較高的水平。 （4） 變速風(fēng)力機(jī)：變速風(fēng)力機(jī)一般配備變槳距功率調(diào)節(jié)方式。風(fēng)力機(jī)必須有一套控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)，限制轉(zhuǎn)速和功率。調(diào)速與功率調(diào)節(jié)裝置的首要任務(wù)是使風(fēng)力機(jī)在大風(fēng)，運(yùn)行發(fā)生故障和過(guò)載荷是得到保護(hù)：其次，使風(fēng)電機(jī)組能夠在啟動(dòng)時(shí)順利切入運(yùn)行，電能質(zhì)量符合公共電網(wǎng)要求。 8,按照塔架的不同可分為塔筒式風(fēng)力機(jī)和桁架式風(fēng)力機(jī)。 （1） 塔架式風(fēng)力發(fā)電機(jī)：國(guó)內(nèi)及國(guó)外絕大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用塔筒式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是剛性好，冬季人員登塔安全，連接部分的螺栓與桁架塔相比要少得多，維護(hù)工作兩少，便于安裝和調(diào)節(jié)。 （2） 桁架式風(fēng)力機(jī)：桁架式采用類(lèi)似電力塔的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)風(fēng)阻小，便于運(yùn)輸。但組裝復(fù)雜，需要每年對(duì)他家的螺栓進(jìn)行緊固，工作量很大，而且冬季爬塔架的條件惡劣。在我國(guó)，這種結(jié)構(gòu)的機(jī)型更適合南方海島使用，特別是陣風(fēng)達(dá)，風(fēng)向不穩(wěn)定的風(fēng)場(chǎng)，桁架塔更能吸收手機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的扭矩和震動(dòng)。